Мейоз, или редукционное деление, обеспечивает образование у животных половых клеток с гаплоидным набором хромосом.
Мейоз необходим для продолжения рода, позволяя осуществлять половое размножение, которое является ведущим способом образования новых организмов у многоклеточных животных. Даже бесполое размножение (партеногенез) предполагает у позвоночных животных необходимость мейоза. В процессе мейоза происходит восстановление ДНК, что позволяет клетке проходить новый цикл делений с образованием нового многоклеточного организма. Соматические клетки делятся строго определенное число раз, после чего погибают. Для человека это число равно 50. У других видов оно может быть большим или меньшим, в зависимости от запрограммированного срока жизни, характерного для конкретного вида животного.
Мейоз с помощью сложных, до настоящего времени недостаточно изученных механизмов, модифицирует ДНК таким образом, что она способна к новому повторению подобного цикла. Если клетка не проходит мейоз, например, при пересадке ядра зрелой клетки в яйцеклетку (клонировании), организм может сформироваться, но возникает проблема раннего старения. Особенностью мейоза в сравнении с митозом является большая его длительность и протяженность профазы первого деления мейоза.
В процессе мейоза образуются мужские (сперматогенез) и женские (оогенез) половые клетки.
При сперматогенезе уменьшаются размеры клеток и увеличивается их количество, а при оогенезе увеличивается женская половая клетка (яйцеклетка), но число половых клеток не изменяется.
Редукционное деление. Это первое деление мейоза, состоящее из нескольких фаз.
Профаза I гораздо сложнее профазы митоза и включает в себя несколько стадий.
В лептотену, или стадию тонких нитей мейоза, начинается конденсация хроматина, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой.
В зиготену, или стадию толстых нитей, гомологичные парные хромосомы сближаются и контактируют, формируя синаптонемальные комплексы. Это приводит к конъюгации хромосом, что позволяет хромосомам обмениваться генетическим материалом (кроссинговер): на этой стадии две лежащие рядом пары хромосом образуют бивалент — соединенные между собой гомологичные хромосомы.
Во время пахитены хромосомы продолжают конденсироваться. Отдельные участки конъюгировавших хромосом перекрещиваются друг с другом и образуют хиазмы. Любая из двух нитей плеча двойной хромосомы может расположиться поперек соответствующей нити гомологичной хромосомы. При этом образуется Х-образный перекрест — хиазма. Две нити, образующие плечо хромосомы, хрупкие и обычно ломаются. Сломавшиеся фрагменты немедленно вновь соединяются с хромосомой, только не с той, от которой они отделились, а с другой. В результате между хромосомами отцовского и материнского происхождения происходит обмен участками — кроссинговер.
Диплотена — это разделение конъюгировавших хромосом в каждой паре в результате продольного расщепления синаптонемального комплекса. Хромосомы расщепляются по всей длине комплекса, за исключением хиазм. В составе бивалента четко различимы 4 хроматиды. Такой бивалент называют тетрадой.
Для диакинеза характерны укорочение хромосом и расщепление хромосомных пар. Хиазмы перемещаются к концам хромосом (терминализация). Разрушается ядерная мембрана, исчезает ядрышко. Появляется митотическое веретено деления. Далее следует метафаза I, анафаза I и телофаза I, аналогичные стадиям митоза. Формируются клетки с гаплоидным набором хромосом, но диплоидным набором ДНК — диады.
Эквационное деление. Клетки, вступая в очень короткую интерфазу без синтетического периода и без значительной деконденсации ДНК, переходят во второе деление мейоза — эквационное. Оно протекает так же, как митоз (профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II). Особенностью интерфазы между двумя делениями является отсутствие репликации ДНК, в результате чего в клетке не удваивается генетический материал. Такое деление сопровождается двукратным уменьшением содержания генного аппарата ядра клетки.